能量守恒定理是貫串化學學的基本規(guī)律,是各類自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律.。無論是熱學還是熱學,涉及多種方式的能量轉化時,應用能量守恒定理解題無疑能事半功倍,化繁為簡。先看能量守恒的一個反例:
尋根探源·根題詮釋
【根題】質量為0.4kg的皮球,從離地面高0.5m處自由落下,與地面碰撞后以2m/s的速率大跌,不計空氣阻力,g取10m/s2,碰撞時損失的機械能為多少?損失的機械能轉化為何能?
答案1.2J內
解析:皮球和地面碰撞前的機械能等于開始下落時的重力勢能E1=mgh=2J
皮球和地面碰撞后的機械能等于碰撞后瞬時的動能E2=1/2mv^2=0.8J
故皮球下落過程中損失的機械能ΔE=E1-E2=1.2J
損失的機械能轉化為內能。
【點評】此題是一道簡單題,但包含了用能量守恒定理解題的思想。當有磨擦形成時,因為磨擦生勢,必形成內能,在機械能向內能轉化過程中,能量守恒。
方式總結·規(guī)律提練
1.內容:能量既不會陡然形成,也不會陡然消失,它只能從一種方式轉化為另一種方式,或則從一個物體轉移到別的物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總數(shù)保持不變.
2.能量守恒定理的表達式
(1)從不同狀態(tài)看,E初=E末.
(2)從能的轉化角度看,ΔE增=ΔE減.
(3)從能的轉移角度看,ΔEA增=ΔEB減.
3.能量守恒定理應用的關鍵步驟
(1)明晰研究對象和研究過程.
(2)找全參與轉化或轉移的能量,明晰什么能量降低,什么能量降低.
(3)列舉降低量和降低量之間的守恒式.
考場精彩·衍題百變
【衍題1】(2019·鄭州市高二下學期期終)如圖2所示,高為h=5m的光滑固定斜面AB,夾角為θ=30°,底端與水平面BD相連能量守恒定律與能源,在水平面末端墻壁固定一輕彈簧,水平面BC段粗糙,寬度為20m,動磨擦質數(shù)為μ=0.2,水平面CD段光滑,且等于彈簧原長,質量為m=1kg的物塊,由斜面頂端A點靜止下降,物塊經過B點時無機械能損失(g=10m/s2),求:
(1)物塊滑到B點時的速率大小;
(2)物塊滑到C點時的速率大小;
(3)彈簧被壓縮具有的最大彈性勢能;
(4)物塊會停在距離C點多遠的地方;
(5)物塊與水平面磨擦形成的熱量.
【衍題2】如圖1所示,皮帶的速率是3m/s,兩圓心的距離s=4.5m,現(xiàn)將m=1kg的小物體輕置于左輪正上方的皮帶上,物體與皮帶間的動磨擦質數(shù)μ=0.15,電動機推動皮帶將物體從左輪運送到右輪正上方時,求:(g取10m/s2)
(1)小物體獲得的動能Ek;
(2)這一過程磨擦形成的熱量Q;
(3)這一過程電動機消耗的電能E.
【點評】在功能關系中有一條重要的規(guī)律,因為磨擦形成的熱量,等于兩個物體間的磨擦力除以相對路程。
【衍題3】一彈珠彈射玩具模型如圖2所示,水平粗糙管AB內裝有一輕彈簧,上端固定.豎直放置光滑管線BCD,其中CD為直徑R=0.1m的四分之一圓周,C點與地面間的高度H=0.1m,用質量m1=0.2kg的彈珠(可看成質點)將彈簧平緩壓縮到某一確定位置M能量守恒定律與能源,彈珠與彈簧不固連.由靜止釋放后彈珠恰能停在D點.用同種材料、質量m2=0.1kg的彈珠仍將彈簧平緩壓縮到M點再由靜止釋放,彈珠由D點飛出后落在與D點正下方D′點相距x=0.8m處.g取10m/s2.求:
(1)彈珠m2從D點飛出時的速率大小;
(2)彈簧被平緩壓縮到M點時存儲的彈性勢能;
(3)保持彈珠m2仍將彈簧平緩壓縮到M點,改變H的高度,從D點飛出后落在與D點正下方D′點距離x是不同的,求x的最大值.
拓展延展·縱橫推演
幾種常見的功能關系
小試身手·根題精練
答案:C